(57)【要約】  生体情報を解析するための特徴量を充分に含む脈波のみを安定して取得することが可能な脈波検出装置を提供する。  脈波検出装置（１）は、被験者の速度脈波を取得する圧電トランスデューサ（１０）と、取得された速度脈波を処理して正規の速度脈波データを選択的に検出する情報処理ユニット（２０）を備えている。情報処理ユニット（２０）は、速度脈波を差分処理して差分波形を取得する差分波形取得部（２４）と、速度脈波の極値を抽出する極値抽出部（２６）と、差分波形と基準線とで囲まれる領域の面積値を求める面積値演算部（２５）と、面積値が所定値以上である場合に、時系列的に隣り合う速度脈波について極値の前回値と今回値とを比較し、両極値の差が所定値以下のときに、両速度脈波を正規の速度脈波データと判定する判定部（２８）とを備えている。
2011048729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の脈波を取得する脈波取得手段と、
前記脈波取得手段により取得された脈波から速度脈波を求める速度脈波取得手段と、
前記速度脈波取得手段により取得された速度脈波の極値を抽出する極値抽出手段と、
時系列的に隣り合う速度脈波について、前回の極値と、今回の極値とを比較し、両極値の差が所定値以下の場合に、当該両極値を含むそれぞれの速度脈波を正規の速度脈波と判定する判定手段と、を備えることを特徴とする脈波検出装置。
【請求項２】
前記極値抽出手段は、一拍の速度脈波に含まれる複数の極値を時系列的に抽出し、
前記判定手段は、時系列的に抽出された前記複数の極値それぞれについて、前回値と今回値とを比較し、すべての極値について、両極値の差が所定値以下の場合に、当該両極値を含むそれぞれの速度脈波を正規の速度脈波と判定することを特徴とする請求項１に記載の脈波検出装置。
【請求項３】
前記極値抽出手段は、３拍分以上の速度脈波それぞれについて極値を抽出し、
前記判定手段は、前記３拍分以上の速度脈波について極値の比較を行い、極値の差が複数回連続して前記所定値以下となった場合に、前記３拍分以上の速度脈波を正規の速度脈波と判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の脈波検出装置。
【請求項４】
前記判定手段は、一拍の速度脈波に含まれる複数の極値の内、最先の極値と最後の極値との時間差が、所定時間以内に収まっている場合に、当該速度脈波を正規の速度脈波と判定することを特徴とする請求項２又は３に記載の脈波検出装置。
【請求項５】
前記速度脈波取得手段により取得された速度脈波について差分処理を行い差分波形を取得する差分波形取得手段と、
前記差分波形取得手段により取得された差分波形と基準線とで囲まれる領域の面積値を求める面積値演算手段と、を備え、
前記判定手段は、前記面積値演算手段により求められた前記面積値が所定値以上である場合に、極値の比較を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の脈波検出装置。
【請求項６】
前記面積値演算手段により取得された面積値が最大値を取る周期に基づいて、前記生体の脈拍数を算出する脈拍数算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の脈波検出装置。
【請求項７】
前記脈波取得手段は、圧電トランスデューサであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の脈波検出装置。
【請求項８】
生体の脈波を取得する脈波取得ステップと、
前記脈波取得ステップにおいて取得された脈波から速度脈波を求める速度脈波取得ステップと、
前記速度脈波取得ステップにおいて取得された速度脈波の極値を抽出する極値抽出ステップと、
時系列的に隣り合う速度脈波について、前回の極値と、今回の極値とを比較し、両極値の差が所定値以下の場合に、当該両極値を含むそれぞれの速度脈波を正規の速度脈波と判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする脈波検出方法。
【請求項９】
前記極値抽出ステップでは、一拍の速度脈波に含まれる複数の極値を時系列的に抽出し、
前記判定ステップでは、時系列的に抽出された前記複数の極値それぞれについて、前回値と今回値とを比較し、すべての極値について、両極値の差が所定値以下の場合に、当該両極値を含むそれぞれの速度脈波を正規の速度脈波と判定することを特徴とする請求項８に記載の脈波検出方法。
【請求項１０】
前記極値抽出ステップでは、３拍分以上の速度脈波それぞれについて極値を抽出し、
前記判定ステップでは、前記３拍分以上の速度脈波について極値の比較を行い、極値の差が複数回連続して前記所定値以下となった場合に、前記３拍分以上の速度脈波を正規の速度脈波と判定することを特徴とする請求項８又は９に記載の脈波検出方法。
【請求項１１】
前記判定ステップでは、一拍の速度脈波に含まれる複数の極値の内、最先の極値と最後の極値との時間差が、所定時間以内に収まっている場合に、当該速度脈波を正規の速度脈波と判定することを特徴とする請求項９又は１０に記載の脈波検出方法。
【請求項１２】
前記速度脈波取得ステップにおいて取得された速度脈波について差分処理を行い差分波形を取得する差分波形取得ステップと、
前記差分波形取得ステップにおいて取得された差分波形と基準線とで囲まれる領域の面積値を求める面積値演算ステップと、を備え、
前記判定ステップでは、前記面積値演算ステップにおいて求められた前記面積値が所定値以上である場合に、極値の比較を行うことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の脈波検出方法。
【請求項１３】
前記面積値演算ステップにおいて取得された面積値が最大値を取る周期に基づいて、前記生体の脈拍数を算出する脈拍数算出ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の脈波検出方法。
【請求項１４】
前記脈波取得ステップでは、圧電トランスデューサを用いて前記生体の脈波を取得することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の脈波検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の脈波を検出する脈波検出装置及び脈波検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の動脈の内圧変化によって生じる経時的な血管伝導波である脈波は、中枢（心臓）から末梢にいたる血管動態に関する多くの情報を含んでいる。そのため、被験者（生体）の脈波の波形の特徴を把握することによって、例えば、当該被験者の心臓の拍出のしかた、血管の性状、及び血管壁の状態などを診断することが可能であり、心臓疾患や末梢動脈疾患の診断に用いられている。例えば、被験者の脈波を取得して２階微分し、得られた加速度脈波から被験者の血管年齢を推定する技術が知られている。【０００３】
また、下記特許文献１には、被験者の脈波データから脈波Ｐ−Ｐ間隔を抽出する脈波データ解析システムにおいて、脈波データに含まれる切痕部を的確に除去し正確にピーク及びボトムを検出する技術が開示されている。この技術では、まず、脈波を所定時間連続計測することにより得られた脈波データから、ボトム値及びピーク値が時間軸に沿って順次検出され、時間軸上において隣接するボトム値とピーク値とがペアとされ、各ペアのボトム値とピーク値との差分であるボトム−ピーク振幅値が求められる。次に、求められたボトム−ピーク振幅値について、時間軸上で前後する第１の振幅値と第２の振幅値とが比較され、第１の振幅値に対する第２の振幅値の相対値が所定の閾値より小さい場合に、第２の振幅値に係るボトム値及びピーク値が仮削除される。そして、さらに第２の振幅値の後に存在する第３の振幅値と、第２の振幅値とが比較され、両者の相対値が所定の閾値よりも小さいときは第２の振幅値に係るボトム値及びピーク値がノイズと見なされて本削除される。この技術によれば、脈波波形に呼吸性の振幅変動や体動等に由来する振幅等が存在しても、脈波本来のボトム値及びピーク値を削除することなく、ノイズだけを的確に除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５３５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、周期的に発生する脈波の波形は、一定ではなく、一拍ごとに変動する。すなわち、上述したように、脈波波形には、呼吸性の振幅変動や、体動等に由来する振幅等が含まれる。また、脈波を計測する脈波センサを当てる位置や当て方などによっても取得される脈波の波形が変化する。そのため、取得された脈波の中には、心臓の拍出のしかた、血管の性状、及び血管壁の状態などの生体情報を解析するための特徴量（例えば脈波の反射振幅強度など）が充分に含まれていないものも存在する。【０００６】
ここで、特許文献１に記載の技術によれば、脈波波形のピークとボトムは正確に抽出することができる。しかしながら、この技術は、時系列的に取得されたすべての脈波波形についてピークとボトムを抽出する処理を行う。したがって、特許文献１記載の技術では、取得された脈波データの中に、所望する特徴量を充分に含んでいない、すなわち生体情報の解析に適していない脈波データが含まれてしまうことが避けられない。その結果、特許文献１記載の技術により取得された脈波データを用いて、例えば、血管年齢の推定などを行った場合、推定結果が大きく狂うことが起こり得る。【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、生体情報を解析するための特徴量を充分に含む脈波のみを安定して取得することが可能な脈波検出装置及び脈波検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る脈波検出装置は、生体の脈波を取得する脈波取得手段と、脈波取得手段により取得された脈波から速度脈波を求める速度脈波取得手段と、速度脈波取得手段により取得された速度脈波の極値を抽出する極値抽出手段と、時系列的に隣り合う速度脈波について、前回の極値と、今回の極値とを比較し、両極値の差が所定値以下の場合に、当該両極値を含むそれぞれの速度脈波を正規の速度脈波と判定する判定手段とを備えることを特徴とする。【０００９】
また、本発明に係る脈波検出方法は、生体の脈波を取得する脈波取得ステップと、脈波取得ステップにおいて取得された脈波から速度脈波を求める速度脈波取得ステップと、速度脈波取得ステップにおいて取得された速度脈波の極値を抽出する極値抽出ステップと、時系列的に隣り合う速度脈波について、記憶ステップにおいて記憶された前回の極値と、極値抽出ステップにおいて抽出された今回の極値とを比較し、両極値の差が所定値以下の場合に、当該両極値を含むそれぞれの速度脈波を正規の速度脈波と判定する判定ステップとを備えることを特徴とする。【００１０】
本発明に係る脈波検出装置又は脈波検出方法によれば、時系列的に隣り合う速度脈波について、先の速度脈波の極値（ピーク又はボトム）と後の速度脈波の極値とが比較され、両極値の差が所定値以下の場合に、それぞれの速度脈波が正規のデータと判定される。すなわち、相前後する速度脈波波形の極値が略一致した場合に、それぞれの速度脈波が正規のデータと認定される。そのため、生体情報を解析するための特徴量が表れる極値が明瞭な速度脈波（脈波）のみを選択的に検出することができる。よって、生体情報を解析するための特徴量を含む脈波、すなわち生体情報の解析に適した脈波を取得することが可能となる。【００１１】
本発明に係る脈波検出装置では、極値抽出手段が、一拍の速度脈波に含まれる複数の極値を時系列的に抽出し、判定手段が、時系列的に抽出された複数の極値それぞれについて、前回値と今回値とを比較し、すべての極値について、両極値の差が所定値以下の場合に、当該両極値を含むそれぞれの速度脈波を正規の速度脈波と判定することが好ましい。【００１２】
また、本発明に係る脈波検出方法では、極値抽出ステップにおいて、一拍の速度脈波に含まれる複数の極値を時系列的に抽出し、判定ステップにおいて、時系列的に抽出された複数の極値それぞれについて、前回値と今回値とを比較し、すべての極値について、両極値の差が所定値以下の場合に、当該両極値を含むそれぞれの速度脈波を正規の速度脈波と判定することが好ましい。【００１３】
この場合、時系列的に隣り合う速度脈波について、先の速度脈波の複数の極値と後の速度脈波の複数の極値とが比較され、すべての極値について、両極値の差が所定値以下の場合に、それぞれの速度脈波が正規のデータと判定される。すなわち、相前後する速度脈波波形の複数の極値がすべて略一致した場合に、それぞれの速度脈波が正規のデータと認定される。そのため、生体情報を解析するための特徴量が表れる複数の極値（例えば時系列順に前から第３，４，５番目の極値）がすべて明瞭な速度脈波のみを選択して検出することができる。よって、生体情報を解析するための特徴量を充分に含む脈波のみを安定して取得することが可能となる。【００１４】
本発明に係る脈波検出装置では、極値抽出手段が、３拍分以上の速度脈波それぞれについて極値を抽出し、判定手段が、３拍分以上の速度脈波について極値の比較を行い、極値の差が複数回連続して所定値以下となった場合に、上記３拍分以上の速度脈波を正規の速度脈波と判定することが好ましい。【００１５】
また、本発明に係る脈波検出方法では、極値抽出ステップにおいて、３拍分以上の速度脈波それぞれについて極値を抽出し、判定ステップにおいて、３拍分以上の速度脈波について極値の比較を行い、極値の差が複数回連続して所定値以下となった場合に、上記３拍分以上の速度脈波を正規の速度脈波と判定することが好ましい。【００１６】
この場合、時系列的に並んだ３拍（３波）以上の速度脈波波形それぞれの極値がすべて略一致したときに、各速度脈波が正規のデータと認定される。そのため、生体情報を解析するための特徴量が表れる極値が明瞭な速度脈波をより確実に選択して検出することができる。よって、生体情報を解析するための特徴量を充分に含む脈波のみを安定して取得することが可能となる。【００１７】
本発明に係る脈波検出装置では、判定手段が、一拍の速度脈波に含まれる複数の極値の内、最先の極値と最後の極値との時間差が、所定時間以内に収まっている場合に、当該速度脈波を正規の速度脈波と判定することが好ましい。【００１８】
また、本発明に係る脈波検出方法では、判定ステップにおいて、一拍の速度脈波に含まれる複数の極値の内、最先の極値と最後の極値との時間差が、所定時間以内に収まっている場合に、当該速度脈波を正規の速度脈波と判定することが好ましい。【００１９】
このようにすれば、最先の極値と最後の極値との時間差が所定時間以内に収まっていない速度脈波、例えばなまった速度脈波を効果的に除去することができる。【００２０】
本発明に係る脈波検出装置は、速度脈波取得手段により取得された速度脈波について差分処理を行い差分波形を取得する差分波形取得手段と、差分波形取得手段により取得された差分波形と基準線とで囲まれる領域の面積値を求める面積値演算手段とを備え、面積値演算手段により求められた面積値が所定値以上である場合に、判定手段が、極値の比較を行うことが好ましい。【００２１】
また、本発明に係る脈波検出方法は、速度脈波取得ステップにおいて取得された速度脈波について差分処理を行い差分波形を取得する差分波形取得ステップと、差分波形取得ステップにおいて取得された差分波形と基準線とで囲まれる領域の面積値を求める面積値演算ステップとを備え、判定ステップでは、面積値演算ステップにおいて求められた面積値が所定値以上である場合に、極値の比較を行うことが好ましい。【００２２】
この場合、差分波形と基準線とで囲まれる面積の大きさが所定の値を超えたとき、すなわち、差分処理が施される速度脈波の振幅が所定のレベル以上のときに、極値の比較が行われる。よって、振幅が大きい速度脈波と振幅が小さい速度脈波とを選別した上で極値の比較を行うことが可能となる。そのため、生体情報を解析するための特徴量が表れる極値が大きくかつ明瞭な速度脈波のみを選択的に抽出することが可能となる。また、この場合、面積値が所定値を超えた時点を基準として速度脈波の極値が比較されるため、比較対象となる極値を統一することができる。【００２３】
本発明に係る脈波検出装置は、面積値演算手段により取得された面積値が最大値を取る周期に基づいて、生体の脈拍数を算出する脈拍数算出手段をさらに備えることが好ましい。【００２４】
また、本発明に係る脈波検出方法は、面積値演算ステップにおいて取得された面積値が最大値を取る周期に基づいて、生体の脈拍数を算出する脈拍数算出ステップをさらに備えることが好ましい。【００２５】
このようにすれば、面積値が最大値を取る周期から生体の心拍数を算出することができる。よって、速度脈波の正規データを検出する際に、生体の脈拍数を併せて取得することが可能となる。また、極値が明瞭な脈波波形から脈拍数が求められるため、より正確な脈拍数を得ることができる。【００２６】
本発明に係る脈波検出装置では、脈波検出手段として、圧電トランスデューサを用いることが好ましい。また、本発明に係る脈波検出方法では、脈波取得ステップにおいて、圧電トランスデューサを用いて生体の脈波を取得することが好ましい。【００２７】
この場合、圧電トランスデューサを生体（被験者）の皮膚表面に当てるだけで脈波を検出することができるため、簡単かつ無傷、無痛で脈波を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、生体情報を解析するための特徴量を充分に含む脈波のみを安定して取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態に係る脈波検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る脈波検出装置に用いられる圧電トランスデューサの断面図である。
【図３】年齢が高い被験者の速度脈波波形とその差分波形の一例を示す図である。
【図４】年齢が低い被験者の速度脈波波形とその差分波形の一例を示す図である。
【図５】速度脈波の極値の比較方法を説明するための図である。
【図６】実施形態に係る脈波検出装置による脈波検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３１】
まず、図１を用いて、実施形態に係る脈波検出装置１の構成について説明する。図１は、脈波検出装置１の構成を示すブロック図である。
【００３２】
脈波検出装置１は、生体情報を解析するための特徴量を充分に含み生体情報の解析に適した速度脈波（脈波）のみを安定して検出するものである。また、脈波検出装置１は、検出した速度脈波を用いて、被験者の脈拍数を計測する機能、及び血管年齢を推定する機能も有している。そのために、脈波検出装置１は、被験者の速度脈波を取得する圧電トランスデューサ１０、及び、取得された速度脈波から生体情報を解析するための特徴量を含む速度脈波を選択的に検出するとともに、検出された正規の速度脈波から被験者の脈拍数並びに血管年齢を求める情報処理ユニット２０を備えている。この情報処理ユニット２０は、増幅部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、差分波形取得部２４、面積値演算部２５、極値抽出部２６、記憶部２７、判定部２８、血管年齢推定部２９、及び脈拍数算出部３０を有している。以下、各構成について詳細に説明する。
【００３３】
圧電トランスデューサ１０は、被験者の動脈を伝わる脈波を速度信号に変換するセンサである。すなわち、圧電トランスデューサ１０は特許請求の範囲に記載の脈波取得手段及び速度脈波取得手段として機能する。ここで、圧電トランスデューサ１０は、脈波を速度信号及び変位信号のいずれでも検出することができるが、速度信号として検出する方が好ましい。なお、変位出力の圧電トランスデューサの場合には、変位出力を微分することで、速度信号（速度脈波）を得ることができる。この場合には、圧電トランスデューサが特許請求の範囲に記載の脈波取得手段に相当し、変位出力を微分する微分器が速度脈波取得手段に相当する。なお、速度出力の圧電トランスデューサの場合には、速度出力を時間積分することで、変位信号（脈波）を得ることができる。
【００３４】
ここで、圧電トランスデューサ１０の断面を図２に示す。圧電トランスデューサ１０は、ユニモルフ構造を有し、有底円筒状のケース１１の平坦な底部１２が振動面として構成され、その底部１２の内面に圧電素子１３が固定されている。ケース１１の開口部は封止材１４によって閉じられ、この封止材１４を介してリード線１５が引き出されている。なお、圧電トランスデューサ１０は図２に示された構造のものには限られない。速度脈波を取得する際には、底部１２の外表面が被験者Ｈの皮膚に当てられる。なお、速度脈波を取得する部位、すなわち圧電トランスデューサ１０を当てる部位としては、例えば、被験者Ｈの手首から指先までの間が好ましい。ただし、測定箇所は手首から指先までの間に限るものではなく、動脈の脈波を測定できる部位であれば、耳、頸部、足首、大腿部など如何なる部位でもよい。圧電トランスデューサ１０はリード線１５及び配線を介して情報処理ユニット２０に接続されており、取得された速度脈波信号は情報処理ユニット２０に出力される。
【００３５】
情報処理ユニット２０は、圧電トランスデューサ１０により取得された速度脈波の極値（ピーク及びボトム）を抽出するとともに、時系列的に連続し差分処理後の波形の面積値が所定値以上である複数の速度脈波について極値を比較し、該極値の差が複数回連続して所定値以内に収まっている場合に、当該極値を含む速度脈波を正規の速度脈波データとして検出する。これにより、情報処理ユニット２０は、生体情報を解析するための特徴量が表れる極値が大きくかつ明瞭な速度脈波のみを選択的に検出する。また、上述したように、情報処理ユニット２０は、検出した正規の速度脈波を用いて、被験者の脈拍数を計測する機能、及び血管年齢を推定する機能も有している。
【００３６】
情報処理ユニット２０は、入力インターフェースとしての増幅部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、及び、該増幅部２１、Ａ／Ｄ変換部２２を介して入力される速度脈波に対して演算処理を行うＣＰＵ、該ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びデータがバックアップされているバックアップＲＡＭ等により構成されている。情報処理ユニット２０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムが、ＣＰＵによって実行されることにより、差分波形取得部２４〜脈拍数算出部３０の機能が実現される。なお、ＣＰＵに代えて、例えばＡＳＩＣや、ＦＰＧＡ、ＤＳＰなどを用いてもよい。
【００３７】
増幅部２１は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、圧電トランスデューサ１０により取得された速度脈波信号を増幅する。増幅部２１で増幅された速度脈波信号は、Ａ／Ｄ変換部２２に出力される。Ａ／Ｄ変換部２２は、Ａ／Ｄコンバータにより構成され、圧電トランスデューサ１０により検出され増幅部２１で増幅された速度脈波信号（アナログ信号）をディジタルデータに変換する。ディジタル変換された速度脈波は、差分波形取得部２４及び極値抽出部２６に出力される。なお、前処理として、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等を用いて速度脈波信号からノイズを除去する構成としてもよい。又は、Ａ／Ｄ変換後にディジタルフィルタを用いてフィルタリング処理を施すことによりノイズを除去してもよい。
【００３８】
差分波形取得部２４は、取得された速度脈波について差分処理を行い差分波形を取得する。すなわち、差分波形取得部２４は、特許請求の範囲に記載の差分波形取得手段として機能する。より具体的には、例えば、サンプリング周波数を５００Ｈｚとしたとき、ノイズによる影響を考慮するため、速度脈波の今回値（ＶＰＷ０）と１６サンプリング前の値（ＶＰＷ１）との差分値（ＤＰＷ）を次式（１）に従って算出し、この処理をサンプリングデータ毎に順次繰り返して行うことにより、差分波形を取得する。
ＤＰＷ＝ＶＰＷ０−ＶＰＷ１          ・・・（１）
ここで、図３に、年齢が高い被験者（４１歳）の速度脈波波形（上側）とその差分波形（下側）の一例を示す。また、図４に、年齢が低い被験者（２５歳）の速度脈波波形（上側）とその差分波形（下側）の一例を示す。なお、差分波形取得部２４により取得された差分波形は極値抽出部２６及び面積値演算部２５に出力される。
【００３９】
極値抽出部２６は、一拍（一波）ごとに、速度脈波に含まれる複数の極値を時系列的に抽出する。すなわち、極値抽出部２６は、特許請求の範囲に記載の極値抽出手段として機能する。なお、本実施形態では、図３に示されるように、５つの極値（第１極値ＥＸ１〜第５極値ＥＸ５）を抽出する。より具体的には、極値抽出部２６は、まず、上記式（１）で算出された差分値ＤＰＷが正から負、或は負から正に切り替わる点を検出する。次に、極値抽出部２６は、差分値ＤＰＷの符号が切り替わる点から８点前（８サンプリング前）の速度脈波データＶＰＷ２を極値として抽出する。そして、極値抽出部２６は、この処理を繰り返し行い、一拍ごとに５つの極値を抽出する。なお、極値抽出部２６により抽出された速度脈波の極値（第１極値ＥＸ１〜第５極値ＥＸ５）は記憶部２７及び判定部２８に出力される。
【００４０】
一方、面積値演算部２５は、差分波形取得部２４により取得された差分波形と基準線（差分値がゼロの線）とで囲まれる領域の積分値、すなわち該領域の面積値ＳＤＰＷを求める。よって、面積値演算部２５は、特許請求の範囲に記載の面積値演算手段として機能する。ここで、求められた面積値ＳＤＰＷを時系列順に第１面積値ＳＤＰＷ１、第２面積値ＳＤＰＷ２、第３面積値ＳＤＰＷ３、第４面積値ＳＤＰＷ４、第５面積値ＳＤＰＷ５とする。なお、面積値演算部２５により求められた各面積値ＳＤＰＷ１〜５は、記憶部２７及び脈拍数算出部３０に出力される。
【００４１】
記憶部２７は、上述したＲＡＭなどにより構成され、面積値演算部２５により求められた面積値ＳＤＰＷの内、差分波形の出力値が負側の面積値ＳＤＰＷが所定値（閾値）以上である場合に、極値抽出部２６で抽出された極値を記憶する。ここで、極値抽出部２６により抽出される５つの極値を時系列順に第１極値ＥＸ１、第２極値ＥＸ２、第３極値ＥＸ３、第４極値ＥＸ４、第５極値ＥＸ５とし、第２面積値ＳＤＰＷ２（図３のハッチング部分参照）が所定値以上である場合、記憶部２７は、第２面積値ＳＤＰＷ２以後の極値、すなわち第３極値ＥＸ３、第４極値ＥＸ４、及び第５極値ＥＸ５を記憶していく。なお、一般的に、第１面積値ＳＤＰＷ１〜第５面積値ＳＤＰＷ５の中では、第２面積値ＳＤＰＷ２が最も大きくなる。また、被験者（生体）の特徴的な情報は、特に、速度脈波の第３極値ＥＸ３、第４極値ＥＸ４、第５極値ＥＸ５に含まれている。ここで、図３に示されるように、第１面積値ＳＤＰＷ１、第３面積値ＳＤＰＷ３、第５面積値ＳＤＰＷ５は、差分波形の出力値が正の面積であり、第２面積値ＳＤＰＷ２、第４面積値ＳＤＰＷ４は差分波形の出力値が負の面積である。そのため、差分波形の出力値が正か負かを識別することによって、第１面積値ＳＤＰＷ１、第３面積値ＳＤＰＷ３、第５面積値ＳＤＰＷ５を除外することができる。よって、上記所定値は、第４面積値ＳＤＰＷ４の最大値よりも大きく、第２面積値ＳＤＰＷ２よりも小さい値に設定することが好ましい。なお、第２面積値ＳＤＰＷ２が所定値未満である場合（すなわち速度脈波の振幅が小さい場合）には、その速度脈波のデータは廃棄される。
【００４２】
判定部２８は、時系列的に抽出された複数（例えば３つ）の極値それぞれについて、前回値と今回値とを比較する処理を複数（例えば３つ）の速度脈波について順次行い、複数の極値について、両極値の差が複数回（例えば２回）連続して所定値以下となった場合に、各速度脈波を正規の速度脈波データと判定する。すなわち、判定部２８は、特許請求の範囲に記載の判定手段として機能する。
【００４３】
より具体的には、判定部２８は、まず、次式（２．１）〜（２．３）により、時系列的に隣り合う速度脈波について、記憶部２７に記憶されている前回（一拍前）の第３極値ＥＸ３＿１と、今回の第３極値ＥＸ３＿０との差（絶対値）、前回の第４極値ＥＸ４＿１と今回の第４極値ＥＸ４＿０との差（絶対値）、及び、前回の第５極値ＥＸ５＿１と今回の第５極値ＥＸ５＿０との差（絶対値）を求める（図５の円内参照、なお、図５において、破線は一拍前の速度脈波波形を示す）。
ＤＥＸ３＝｜ＥＸ３＿０−ＥＸ３＿１｜          ・・・（２．１）
ＤＥＸ４＝｜ＥＸ４＿０−ＥＸ４＿１｜          ・・・（２．２）
ＤＥＸ５＝｜ＥＸ５＿０−ＥＸ５＿１｜          ・・・（２．３）
【００４４】
次に、判定部２８は、上記式（２．１）〜（２．３）により算出された極値の差ＤＥＸ３、ＤＥＸ４、及びＤＥＸ５それぞれが所定値内に収まっているか否かを判定する。そして、判定部２８は、この処理を３つの速度脈波について順次２回実行し、各極値の差が２回連続（すなわち３波連続）して所定値以下となった場合に、適切な波形が得られていると判定し、比較対象とされた３つの速度脈波を正規の速度脈波データとする。一方、判定部２８は、いずれかの極値の差が１度でも所定値よりも大きくなった場合には、適切な波形ではないと判定し、当該速度脈波のデータを廃棄する。ここで、本実施形態では、上記所定値をゼロ−スパン（１２ｂｉｔ）の２％に設定した。すなわち、０−ＦＦＦＨ（０−４０９６）の２％≒５２H（８２）とした。なお、この所定値は、任意に設定することができる。
【００４５】
さらに、判定部２８は、一拍の速度脈波に含まれる５つの極値の内、第１極値ＥＸ１と第５極値ＥＸ５との時間差ＥＸＴが所定時間以内に収まっている場合に、当該速度脈波を正規の速度脈波と判定する（図３参照）。逆に、第１極値ＥＸ１と第５極値ＥＸ５との時間差ＥＸＴが所定時間よりも長い場合には、当該速度脈波は廃棄される。これにより、例えば波形がなまっている速度脈波が取り除かれる。なお、判定部２８により判定された正規の速度脈波データは、脈拍数算出部３０及び血管年齢推定部２９に出力される。
【００４６】
血管年齢推定部２９は、判定部２８から出力される正規の速度脈波を処理して解析し、被験者の血管年齢を推定する。ところで、脈波は、血管内を伝搬する圧力波が体表に変位として現れたものである。この脈波は心臓の血流駆出により生じた前進波による入射波成分と、それが血管を伝搬し末梢で反射されて生じた反射波成分とを含む（以下、各成分を入射波、反射波と呼ぶ）。反射波は末梢まで伝搬しているので、血管壁の粘弾性特性に強く依存し、血管壁の硬化により著しく変化する。したがって、入射波と反射波を分離し、反射波の評価を行えば、血管の硬化状態の判定が可能になると考えられる。
【００４７】
そのため、血管年齢推定部２９は、判定部２８で取得された正規の速度脈波を積分して、脈波を取得するとともに、該脈波を複数の展開波形（入射波と反射波）に分解する。分解手法として、Ｍｕｌｔｉ−Ｐｅａｋ−Ｆｉｔｔｉｎｇ（マルチピークフィッティング）法を用いる。Ｍｕｌｔｉ−Ｐｅａｋ−Ｆｉｔｔｉｎｇ法とは、任意のフィット関数を用いて合成波形を展開波形に分解する手法であり、脈波を入射波と反射波に分解するために使用する。ここでは、フィット関数として入射波形に最も類似していると考えられるＥｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ  Ｇａｕｓｓｉａｎ関数を用い、まず入射波を近似した。次に、脈波から入射波を差し引くことで、反射波を得た後、得られた反射波をＥｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ  Ｇａｕｓｓｉａｎの複数の展開波形に分解した。フィット関数としては、Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ  Ｇａｕｓｓｉａｎ関数の他、Ｇａｕｓｓｉａｎ関数、Ｖｏｉｇｔ関数、Ｌｏｇ−Ｎｏｒｍａｌ関数、ローレンツ関数等、脈波波形に応じて任意の非線形フィット関数を選択することができる。
【００４８】
Ｍｕｌｔｉ−Ｐｅａｋ−Ｆｉｔｔｉｎｇ法を用いることによって、脈波を入射波と反射波とに分解することができ、脈波をこれら波形の重ね合わせとして捉えることができる。なお、血管年齢推定部２９では、脈波から分離された反射波をさらに複数の展開波に分解してもよい。分解された入射波と反射波は、その振幅強度（ピーク強度）が比較され、比較結果に応じて、動脈硬化度が評価される。血管年齢推定部２９による血管年齢の推定結果は、出力インターフェース（図示省略）を介して外部に出力される。
【００４９】
脈拍数算出部３０は、判定部２８で取得された正規の速度脈波を用い、面積値演算部２５により取得された面積値ＳＤＰＷの最大値の周期に基づいて、被験者の脈拍数を算出する。より具体的には、脈拍数算出部３０は、例えば、最大値を取る第２面積値ＳＤＰＷ２が出力される時間間隔から脈拍数を算出する。すなわち、脈拍数算出部３０は、特許請求の範囲に記載の脈拍数算出手段として機能する。なお、脈拍数算出部３０により算出された被験者の脈拍数は、出力インターフェース（図示省略）を介して外部に出力される。
【００５０】
次に、図６を参照しつつ、脈波検出装置１の動作、及び脈波検出方法について説明する。図６は、脈波検出装置１による脈波検出処理の処理手順を示すフローチャートである。この脈波検出処理は所定のタイミングで（例えば２ｍｓｅｃごとに）繰り返し実行される。
【００５１】
まず、ステップＳ１００では、例えば被験者の手首等に当てられた圧電トランスデューサ１０により被験者の速度脈波が取得される。次に、ステップＳ１０２では、ステップＳ１００で検出された速度脈波が、増幅されてディジタルデータに変換された後、差分処理されて差分波形が取得される。なお、差分処理の詳細については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明は省略する。続いて、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で取得された差分波形について、差分値の符号が切り替わる点が検出され、その点に基づいて速度脈波の５つの極値が抽出される。なお、ここで、抽出された５つの極値に含まれる第１極値ＥＸ１と第５極値ＥＸ５との時間差ＥＸＴが所定時間よりも長い速度脈波は廃棄される。
【００５２】
続くステップＳ１０６では、ステップＳ１０２で取得された差分波形と基準線とで囲まれる５つの領域の面積値ＳＤＰＷ１〜５が求められる。次に、ステップＳ１０８では、ステップＳ１０６で求められた面積値ＳＤＰＷ１〜５の内、第２面積値ＳＤＰＷ２又は第４面積値ＳＤＰＷ４が所定値以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、いずれかの面積値ＳＤＰＷが所定値以上である場合には、ステップＳ１１０に処理が移行する。一方、双方の面積値ＳＤＰＷ２，ＳＤＰＷ４が所定値未満であるときには、速度脈波データが廃棄された後、本処理から一旦抜ける。
【００５３】
差分波形の面積値ＳＤＰＷが所定値以上である場合、ステップＳ１１０において、極値が既に記憶されているか否かについての判断が行われる。ここで、極値が既に記憶されている場合には、ステップＳ１１４に処理が移行する。一方、極値がまだ記憶されていない場合には、ステップＳ１１２において極値（第３極値ＥＸ３、第４極値ＥＸ４、及び第５極値ＥＸ５）が記憶された後、本処理から一旦抜ける。
【００５４】
ステップＳ１１４では、３つの極値の今回値が順次記憶されるとともに、第３極値ＥＸ３、第４極値ＥＸ４、及び第５極値ＥＸ５それぞれについて、前回値と今回値との差が所定値以下であるか否かについての判断が行われる。ここで、すべての極値について、前回値と今回値との差が所定値以下である場合には、ステップＳ１１６に処理が移行する。一方、いずれか１つ以上の極値について、前回値と今回値との差が上記所定値より大きいときには、これらの速度脈波データが廃棄された後、本処理から一旦抜ける。
【００５５】
ステップＳ１１６では、２回連続して（すなわち３波連続して）ステップＳ１１４が肯定されたか否かについての判断が行われる。ここで、２回連続して肯定された場合には、
比較された速度脈波が正規の速度脈波データと判定され、ステップＳ１１８に処理が移行する。一方、まだ１回しか肯定されていないときには、ステップＳ１００に処理が移行し、２回連続して肯定されるまで、上述したステップＳ１００〜Ｓ１１６の処理が繰り返して実行される。
【００５６】
ステップＳ１１８では、正規の速度脈波データについて、例えば、最大値をとる第２面積値ＳＤＰＷ２が出力される時間間隔から脈拍数が算出される。続いて、ステップＳ１２０では、Ｍｕｌｔｉ−Ｐｅａｋ−Ｆｉｔｔｉｎｇ法に基づいて被験者の血管年齢が推定される。なお、血管年齢の推定方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。その後、本処理が終了する。
【００５７】
本実施形態によれば、時系列的に隣り合う速度脈波について、先の速度脈波の極値と後の速度脈波の極値とが比較され、両極値の差が所定値以下の場合に、それぞれの速度脈波が正規のデータと判定される。すなわち、相前後する速度脈波波形の極値が略一致した場合に、それぞれの速度脈波が正規のデータと認定される。そのため、生体情報を解析するための特徴量が表れる極値（ピーク及びボトム）が明瞭な速度脈波（脈波）のみを選択的に検出することができる。よって、生体情報を解析するための特徴量を含む脈波、すなわち生体情報の解析に適した脈波を取得することが可能となる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、時系列的に隣り合う速度脈波について、第３極値ＥＸ３、第４極値ＥＸ４、及び第５極値ＥＸ５それぞれの前回値と今回値とが比較され、すべての極値について、極値の差ＤＥＸが所定値以下の場合に、速度脈波が正規のデータと判定される。すなわち、相前後する速度脈波波形の３つの極値がすべて略一致した場合に、それぞれの速度脈波が正規のデータと認定される。そのため、生体情報を解析するための特徴量が表れる３つの極値（第３極値ＥＸ３〜第５極値ＥＸ５）がすべて明瞭な速度脈波のみを選択して検出することができる。よって、生体情報を解析するための特徴量を充分に含む脈波、すなわち生体情報の解析に適した脈波のみを取得することが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、時系列的に並んだ３拍（３波）以上の速度脈波波形それぞれの極値がすべて略一致したときに、各速度脈波が正規のデータと認定される。そのため、生体情報を解析するための特徴量が表れる極値が明瞭な速度脈波をより確実に選択して検出することができる。よって、生体情報を解析するための特徴量を充分に含む脈波、すなわち生体情報の解析に適した脈波のみを安定して取得することが可能となる。
【００６０】
さらに、本実施形態によれば、差分波形と基準線とで囲まれる面積ＳＤＰＷの大きさが所定の値を超えたとき、すなわち、差分処理が施される速度脈波の振幅が所定のレベル以上のときに、極値が記憶されて比較される。よって、振幅が大きい速度脈波と振幅が小さい速度脈波とを選別した上で極値の比較を行うことが可能となる。そのため、生体情報を解析するための特徴量が表れる極値が大きくかつ明瞭な速度脈波のみを選択的に抽出することが可能となる。また、この場合、面積値ＳＤＰＷが所定値を超えた時点を基準として速度脈波の極値が比較されるため、比較対象となる極値を統一することができる。
【００６１】
本実施形態によれば、第１極値ＥＸ１と第５極値ＥＸ５との時間差ＥＸＴが、所定時間よりも長い場合には、速度脈波データが廃棄される。よって、第１極値ＥＸ１と第５極値ＥＸ５値との時間差ＥＸＴが所定時間以内に収まっていない速度脈波、例えばなまった速度脈波を効果的に除去することができる。
【００６２】
本実施形態によれば、面積値ＳＤＰＷが最大値をとる周期、すなわち第２面積値ＳＤＰＷ２が出現する周期に基づいて、被験者の脈拍数を算出することができる。よって、速度脈波の正規データを検出する際に、被験者の脈拍数を併せて取得することが可能となる。また、極値が明瞭な脈波波形から脈拍数が求められるため、より正確な脈拍数を得ることができる。また、本実施形態によれば、特徴量を含んだ正規の速度脈波データから血管年齢が推定されるので、推定制度を向上させることができる。
【００６３】
本実施形態によれば、圧電トランスデューサ１０を用いることにより、脈波を速度信号（速度脈波）として取得することができる。また、圧電トランスデューサ１０を被験者の皮膚表面に当てるだけで速度脈波を取得できるため、簡単かつ無傷、無痛で速度脈波（又は脈波）を取得することが可能となる。さらに、圧電トランスデューサ１０は小型かつ安価であるため、操作性の向上やコストの低減を図ることができる。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、被験者の脈波（速度脈波）を検出するために圧電トランスデューサを用いたが、圧電トランスデューサに代えて、例えば光学式の脈波検出センサを用いてもよい。
【００６５】
また、速度脈波の極値を抽出する方法は、上記実施形態に限られない。さらに、速度脈波の極値を比較する代わりに、加速度脈波の極値を比較する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１  脈波検出装置
１０  圧電トランスデューサ
２０  情報処理ユニット
２１  増幅部
２２  Ａ／Ｄ変換部
２４  差分波形取得部
２５  面積値演算部
２６  極値抽出部
２７  記憶部
２８  判定部
２９  血管年齢推定部
３０  脈拍数算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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